火车弹簧座椅优化设计

董明秋 姚 佳 冯 宇/四川文理学院数学与财经学院

火车弹簧座椅优化设计

董明秋 姚 佳 冯 宇/四川文理学院数学与财经学院

目前的火车卧铺座椅存在不少危险因素，以及舒适性稍待加强，为使广大旅客在出行中降低危险，舒适安全的到达目的地，我们将对目前的火车座椅进行实地调查，依据人体的主要结构以及火车座椅尺寸设计综合分析，得到安全舒适的火车弹簧座椅优化设计方案。

火车弹簧座椅；安全性；舒适性；优化设计

一、安全性

背景：目前火车卧铺过道上的座位多为弹力折叠座椅，不用时会自动弹回以便节省空间，虽然带给了乘客方便，但也存在不小的安全隐患。在2014年10月6日，五岁小女孩就在乘车期间，被弹回的火车座椅夹断了左手食指。就此有人做实验，将铅笔放置折角处，只拉下45度，就将铅笔压扁裂开。显然拉下九十度，弹力会更大。可见火车弹簧座椅的设计急需改善。

（一）火车座椅设计构造改进

火车座椅现有设计构造：（见图1）

图1

人起立后，座椅没有了人体施压，大力弹回，紧紧贴住车厢壁。经过调查，很多乘客为了安全，都会慢慢起身，甚至用手对座椅施压来减小弹回力度。为此，我们想到借鉴雨伞按压开关原理，将原设计固定座椅的位置调整为图2处，人起身后，座椅受弹力回弹，回弹途中受弹力钢球阻止，减少回弹力度，直到稳稳贴住火车车厢。避免了之前座椅快速大力的回弹对人的潜在危险。

改装后的火车座椅设计构造：见图2：

图2

（二）设置安全标语

在火车车厢壁上设置安全标语。提醒旅客注意安全，防止意外。并看管好儿童。

二、舒适性

（一）体压分布

在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱，骨盆，腿和脚等。腰椎，骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿时上身大部分负荷。而火车卧铺空间有限，座椅没有靠背，不考虑腰椎受力，只能从人体骨盆，腿，脚等受力方向大小来调整座椅的相关尺寸，使整个身体感觉舒服，有利于身体平衡。

（二）火车座椅设计的尺寸

为满足以上要求，结构设计的关键是如何确定座椅各部位的尺寸。座椅的尺寸有：座高，座面深，座面宽。

1、座高

座高是座面至地面的垂直距离。根据实地调查得到目前火车座高数据，现座高为44cm。而通过文献查阅座高一般约为人体的总身高1/4，或略低于小腿长1cm左右，小腿高于坐面为的是能使下肢着力于整个脚掌，并有利于两脚前后移动。座高45cm比较适合我国的人体尺寸。

2、座面深

座面深即座面的前后距离。座面深应保证臀部的全部支撑，其深度一般相当于臀部至大腿全长的3/4，座面要光华平整，尽量增加弹性坐垫。现座面深为（41cm）。

3、座宽

座宽即座面的左右高度，座宽要满足臀部横宽所需要的尺度，一般座宽五十厘米即可，调查到座椅与座椅之间的间隙，以及座椅与桌子之间的间距，将座宽定为36cm，更适宜旅客及空间的安排。

以下是通过计算火车通道及座椅之间的距离结合查阅文献得到座椅参数，详见表1：

表1：原始数据与改造数据

三、小结

选择火车卧铺的旅客，大多乘车时间超过12小时，在这长时间的旅途中，有一个安全舒适的火车座椅，能减轻乘客因为躺卧导致的身体酸痛是十分重要的。本文通过研究目前座椅的设计构造，分析了人体的乘坐舒适性，调整了火车座椅的设计构造，适当修改了座椅的几何参数，让旅客在出行中能感到更舒适更安全。

[1]陈伟,王松文.25型客车及其新技术[M].北京：中国铁道出版社,2001.

[2]郭伏,杨学涵.人因工程学（第2版）[M].沈阳：东北大学出版社,2005.

[3]马广韬,田炜,孙海义.基于人体静态尺寸的座椅设计.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2010(04),783—786.

[4]陈祥.我国硬座车厢座椅设计——人机工程学应用的探讨与展望[J].攀枝花学院学报,2006(06)90—92.

指导老师：

古传运（1982.2—），男，硕士研究生，四川文理学院，讲师，研究方向：应用数学。

董明秋（1992—），女， 四川华蓥人，在读本科生，专业：数学与应用数学。

姚 佳（1994—），女， 四川资阳人， 在读本科生，专业：数学与应用数学。

冯 宇（1993—），男，四川南充人，在读本科生，专业：数学与应用数学。

本文为四川文理学院大学生科研项目（编号：X2014Z002）。